O vedere a diferențelor de temperatură pe fundalul microundelor cosmice, generată când galaxia avea mai puțin de 400.000 de ani, făcută din nouă ani de observații din sonda Wilkinson Microwave Anisotropy (WMAP).
(Imagine: © NASA)
Paul Sutter este un astrofizician la Universitatea de Stat din Ohio și omul de știință al Centrului științific COSI. Sutter este, de asemenea, gazda „Ask a Spaceman”, „Space Radio” și conduce AstroTours în întreaga lume. Sutter a contribuit cu acest articol la Expert Voices: Op-Ed & Insights.
Modelul Big Bang este cea mai reușită explicație pentru istoria universului în care trăim și este ridicol de ușor să încapsulăm cadrul său principal într-o singură propoziție, cu tricou: Cu mult timp în urmă, universul nostru era mult mai mic. Din această afirmație simplă rezultă predicții majore testabile care au fost verificate de zeci de ani de observație. Rata de expansiune a universului. Fundalul cosmic cu microunde. Producerea celor mai ușoare elemente. Diferențele dintre galaxiile apropiate și cele îndepărtate Toate liniile suculente de dovezi care fac din cosmologie o știință.
Există însă câteva probleme. [Universul: Big Bang to Now în 10 pași simpli]
Modelul „vanilie” Big Bang, fără alte adăugiri sau modificări, nu poate explica toate observațiile.
(VideoProviderTag | jwplayer | uQ0wgEwg | 100% | 100%))
Ochi la orizont
Putem vedea un volum extraordinar de spațiu brut. Universul nostru observabil are mai mult de 90 de miliarde de ani lumină în diametru. Și cu cât depărtăm privim cu atât mai adânc în trecut pe care îl vedem. Înconjurul nostru se află fundalul microundelor cosmice, lumina fosilă rămasă eliberată când universul abia a fost un nou-născut - doar 270.000 de ani, cu peste 13,8 miliarde de ani în trecut.
Acea lumină vine la noi din îndepărtate ale cosmosului, atât de îndepărtate încât acum ne este inaccesibilă. Și diferite secțiuni ale acestei lumini de fundal sunt inaccesibile între ele. În minunatul jargon al fizicii, regiunile fundalului microundelor cosmice nu sunt conectate cauzal. Cu alte cuvinte, pentru ca o parte din limitele universului nostru observabil să comunice cu o altă bucată în ultimii 13,8 miliarde de ani, ar fi trebuit să trimită semnale mai repede decât viteza luminii.
Ceea ce nu ar fi deloc mare dacă fundalul microundelor cosmice nu ar fi aproape perfect neted. Universul infantil a avut aceeași temperatură până la o parte într-un milion. Cum s-a coordonat toată lumea atât de bine când schimbările într-o zonă nu au avut suficient timp pentru a-i afecta pe ceilalți?
Drept și îngust
Pe cât de bine putem măsura, geometria universului nostru pare să fie perfectă, total, tot mai plictisitoare. Pe scări mari, cosmice, liniile paralele rămân paralele pentru totdeauna, unghiurile interioare ale triunghiurilor se ridică până la 180 de grade, etc. Toate regulile geometriei euclidiene pe care le-ați învățat în liceu se aplică.
Dar nu există motiv pentru ca universul nostru să fie plat. La scări mari, ar fi putut avea o curbură veche pe care și-o dorea. Cosmosul nostru ar fi putut avea forma unui bal de plajă uriaș, multidimensional sau ca o șa de călărie. Dar, nu, a ales. Și nu doar un pic plat. Pentru a nu măsura curbura la o precizie de câteva procente în universul actual, tânărul cosmos trebuie să fi fost plat la o parte dintr-un milion.
De ce? Dintre toate opțiunile posibile pentru curbură, nu se pare aproape perfect plat un pic suspect? Și, într-adevăr, bănuim că există un motiv pentru planeitate și nu este doar un rol norocos al zarurilor.
Doar un pol
Monopolele magnetice sunt fiare teoretice; fracturi în spațiul-timp în sine care prezintă doar unul dintre poli magnetici - imaginați-vă o particulă cu polul nord sau sud care se rătăcește în singura sa. (În materie, așa cum îl știm, un obiect cu nord magnetic va avea și un sud magnetic pe celălalt capăt.) Conform celor mai bune modele ale universului extrem de timpuriu (ca și atunci când avea aproximativ 10 ^ -35 secunde, și nu, nu este un proces tipic) exotic ar fi trebuit să inundăm absolut cosmosul nostru cu aceste urâci.
Aceste monopole ar trebui să fie atât de comune încât ar fi o parte normală a vieții noastre cosmologice de zi cu zi. Și totuși, nu am văzut dovezi pentru una singură. Zero. Zilch. Niciun monstru monopol nu pare a fi pândit în apele salbune ale universului întunecat.
Deci, unde s-au dus? Ar fi trebuit să fie fabricate din abundență la fel cum universul nostru devenea interesant, dar nu se găsesc nicăieri.
Doar face-o mare
Cea mai bună soluție pe care o avem la aceste conundrums este un proces numit inflație. Ideea a fost propusă pentru prima dată - și inventată! - de către fizicianul Alan Guth în 1980, când a sugerat că același proces exotic care a inundat universul cu monopole magnetice ar fi putut trimite cosmosul într-o perioadă de expansiune uluitor de rapidă.
Imaginează-ți dacă te-am balonat - corpul tău, intestinul, creierul, scheletul, întreaga afacere - la dimensiunea întregului nostru univers observabil. Și imaginați-mi că mi-a luat mai puțin de 10 ^ -32 secunde să o fac. Aceasta este o oarecare extindere serioasă și mai exact ceea ce ne referim la inflație. Când universul nostru era incredibil de tânăr, a propus Guth umflat la astfel de solzi gargantuan cu mai puțin decât clipirea unui ochi.
Pentru Guth, aceasta a fost cea mai curată cale de rezolvare a problemei monopolului. Făcând universul atât de darnic mare, monopolurile pur și simplu se diluează. Patch-ul nostru observabil al universului nu este decât un colț minuscul al întregului shebang și există atât de mult volum acolo încât nu ar trebui să ne așteptăm să întâlnim un monopol, ca, vreodată.
Această epocă inflaționistă rezolvă și celelalte două neajunsuri ale Big Bang-ului de vanilie. Universul pre-inflaționist a avut mult timp pentru a coordona și egaliza temperaturile înainte de a ajunge într-o stare mult mai mare, aruncând regiuni odată conectate în afara unui contact suplimentar. Și într-un cosmos atât de uriaș, nu am putut să nu măsurăm o geometrie plană în peticul nostru observabil. Cui îi pasă care este curbura întregului univers - este atât de mare încât ni se va părea plat. Pământul este curbat, dar curtea mea este drăguță și plată, pentru că este cu atât mai mică decât suprafața planetei noastre. Aplicați aceeași logică pe cântarele cosmologice și sunteți de aur.
Totuși, mecanismele care stau la baza inflației sunt slab înțelese și, pentru a fi considerate o teorie științifică la jumătatea decentei, aceasta nu poate doar să explice observațiile actuale, ci să prezice predicții pentru viitoare.
Și asta va fi povestea pentru încă o zi.
Aflați mai multe, ascultând episodul „De ce avem nevoie de inflație cosmică? Mulțumesc lui Massimiliano S., Lorenzo B., @ZachCoty, Pete E., Christian W., @up_raw, Vicki K., Thomas, Banda C., Steve S., Evan W., Andrew P., @MarkRiepe, @ Luft08, @kazoukis, Gordon M., Jim W., Cosmic Wakes, Floren H., Gabi P., Amanda Z. și @scaredjackel pentru întrebările care au dus la această piesă! Puneți-vă propria întrebare pe Twitter folosind #AskASpaceman sau urmând Paul @PaulMattSutter și facebook.com/PaulMattSutter. Urmăriți-ne pe Twitter @Spacedotcom și pe Facebook. Articol original pe Space.com.
